刘仲华等：创新驱动中国茶产业高质量发展——从茶学基础研究到支
2021-05-27 作者: admin 来源: 未知 已阅读次
科技创新是中国茶产业发展永远的核心动力，没有科技创新作为支撑，茶叶品牌营销、三产融合都是无源之水、无本之木。只有通过高产优质的品种资源创新、高效低耗的栽培技术创新、绿色安全的病虫防控、先进加工技术与装备创新及跨界增值的深加工利用，才能实现我国茶产业的高产、优质、安全、低耗、增值。茶产业的魅力在于三产高度融合，这也是今天茶叶成为农业作物中惟一一个以一个作物形成一个专业的原因。未来茶业三产融合、茶康文旅融合极有可能发展成为中国高效农业、现代休闲农业的典范。
近年来，包括中国农业科学院茶叶研究所、浙江大学、安徽农业大学、湖南农业大学等在内的各大科研院校和高等学校的专家团队，为我国茶业的发展提供了大量的基础理论研究成果和核心技术创新成果。中国目前拥有世界上规模最大的茶叶科技创新团队、最显著的创新成果，对于产业发展所起的推进作用也是最明显的。
目前，中国已经建立了全球最丰富的茶树种质资源库，国家茶树资源圃共收集了3550份资源（表4），不管是数量、质量还是内涵，已经超过印度、日本和韩国，是全球保存规模最大、多样性最丰富的茶树基因库。同时，基于表型和遗传多样性分析，构建了核心种质库。作为世界茶树的原产地，中国在茶树种质资源方面，目前已经处于世界领先地位，未来的重点在于如何利用这些资源选育特异品种，应用于生产。
进入新世纪以来，我国茶叶科技工作者利用特异种质资源选育了一大批优良的茶树新品种，地方群体品种资源被广泛应用于茶树新品种选育，通过系统选育、人工杂交、辐射诱变等手段，共育成无性系新品种 272 个，目前系统选育品种216个，占80%左右。目前选育的白叶1号、黄金芽、黄金茶、紫娟、可可茶、中茶302、金观音、香妃翠、丹霞 2 号、春闺等，都是可圈可点的资源创新成果，这些品种将会成为我国茶业下一轮品质竞争的核心，将有力推动茶产业的发展。
目前，我国茶树品种数量和多样性居世界首位，有国家级认（审、鉴）定品种 134 个，其中育成品种 104 个；省级认（审、鉴）定品种超过200 个；获得植物新品种权 98 个，取得登记新品种90个。品种的丰富性和多样性促进了我国茶叶产业结构调整和茶园单位面积效益的提升，满足了多茶类生产和多元化市场的需求。
我国在茶树品种选育的手段和方法上已经有很多创新成果，比如利用辐射诱变技术选育出了中茶108，利用航天育种技术获得了良性变异的茶树单株，利用物理、化学或航天等手段人工诱导茶树的遗传物质发生改变，是茶树传统育种技术的重要补充。在茶树分子辅助育种方面也取得一系列进展，采用分子辅助育种创制的低咖啡碱茶树新种质完成了早期鉴定，并取得了成功。湖南农业大学团队成功地构建了茶树基因沉默（RNAi）技术体系，明确了安吉白茶叶片在白色和绿色之间转化的分子机制及调控靶点，为未来的分子育种奠定了技术基础。
我国在茶树全基因组及代谢调控分子机制方面取得一系列辉煌的成就。茶树基因组具有高杂合、高重复和基因组大等特点，安徽农业大学、中国科学院昆明植物所、中国农业科学院茶叶研究所、华南农业大学、湖南农业大学、华中农业大学等单位一直致力于茶树全基因组研究，并终于取得了重大突破。研究者们利用单分子测序（PacBio）和染色体构象捕获（Hi-C）等先进技术手段，获得了染色体级别的茶树高质量参考基因组序列。同时，研究还在不断深入，全基因组序列从相对粗放到比较精细，这些基础研究成果将会为下一轮中国茶产业发展，尤其是茶树种质资源创新奠定雄厚的理论基础，并且将会为世界所共享。茶树原产地一直是受世界各国争议的一个话题，近年来，我国科技工作者在茶树分子生物学领域尤其是全基因组序列的破译，为栽培茶树起源于我国西南地区云贵高原提供了重要的科学佐证。
围绕茶叶品质与功能成分的生物合成与代谢调控，我国科技工作者在儿茶素、茶氨酸、嘌呤生物碱等次生代谢产物和茶叶香气物质的代谢途径与分子调控机制方面，取得了一系列具有显示度的研究突破。这些研究成果一定会为未来茶树优异品种选育和茶叶加工技术创新，以及形成新的产品品质风格奠定理论基础。
由于忽视了有机农业生产，一段时间以来茶园过度施用化肥。氮肥的过量施用，不仅降低了茶园土壤微生物多样性，显著改变了茶园土壤微生物群落结构，降低了茶园土壤微生物群落的稳定性，而且使茶园土壤严重酸化，大量土壤养分淋溶损失，造成茶园土壤肥力的持续下降，影响了茶叶的自然品质。通过对土壤微生物的系统研究，解析了茶园土壤微生物种群特征下养分转化相关的酶活特性；明晰了茶园土壤致酸原因，建立了土壤酸化改良新技术；同时明确了茶园真菌微生物群落对土壤肥力的响应具有确定性。这些研究成果为应用现代技术改良土壤、增加肥力，提升茶叶生产的根基奠定了基础。今后，茶树根际土壤微生物群落茶树根际土壤微生物制剂将成为茶园土壤与肥力研究的热点。
我国在茶树营养平衡和分子调控方面也有一系列的技术性突破，如明确了大量元素（N、P、K）与茶树品质成分积累的关系；揭示了中微量元素（Ca、Mg、S、Zn等）对茶树特征品质成分的影响；揭示了茶树氮素初级吸收、同化机制；明晰了控制茶树氮吸收的基因调控网络及关键基因；明确了春茶第一次开采前40 ~ 50 d为茶树养分调控的最佳时期，此时追施氮肥有利于强化茶树储藏氮素，提高春茶的氮素利用率；发现春茶新梢吸收的氮肥量可以通过施氮肥至新梢采摘期间大于 8 ℃的土壤活动积温来进行预测；揭示了茶树偏铵利用营养的分子机理等。这些研究成果都将为我国茶园的高质量生产和管理提供支撑。
在茶树营养生理方面，国家茶叶产业技术体系栽培研究室经过多年研究实践，构建了一系列的关键技术和技术模式，如不同茶类养分总量与配比技术、茶树养分快速诊断技术、茶园有机肥替代化肥技术、茶树养分供应时空匹配技术、茶园水肥一体化技术、茶树叶面营养调控技术、茶园土壤改良与生物培肥技术等，同时形成了茶园化肥减施增效技术体系，通过精准养分用量、调整有机肥和化肥结构、改进施肥方法等措施，改良土壤肥力。应用该技术可使化肥减量37%，肥料农学利用率提升 40%，同时生产的茶叶香气、滋味品质明显提升。
茶树逆境胁迫是一直以来最受业界关注的话题，尤其是高温干旱胁迫和低温胁迫，低温胁迫中又尤其关注倒春寒。近年来，我国在茶树逆境生理研究方面取得了一系列的重要进展。在茶树高温逆境研究中，揭示了 CO2浓度升高对茶树初级代谢和次生代谢的显著影响；发现水杨酸参与调控茶树类黄酮合成代谢，是调节高温逆境响应的关键成分。低温胁迫是长期以来困扰江南茶区的重要问题。近年，安徽农业大学在茶树低温胁迫机制方面取得重大进展。研究发现，低温诱导的橙花叔醇等挥发物可增强邻近茶树的抗寒能力，并且从响应机制上找到了作用靶点；发现橙花叔醇糖苷化可改变茶树自由基清除能力，诱导CBF表达，从而提高茶树的抗寒能力。
在茶园绿色防控与质量安全方面，由陈宗懋院士领衔的创新团队经过多年的研究，已经有了重大的理论和技术创新成果。创建了茶树害虫性信息素诱捕技术体系，探明了灰茶尺蠖性信息素诱杀技术主要参数，发明了性信息素高效精准诱杀技术。利用该技术可显著降低茶园灰茶尺蠖成虫虫口密度，进而控制下一代幼虫数量。先后鉴定了灰茶尺蠖、茶尺蠖、优美苔蛾等茶园昆虫性信息素成分，优化了茶毛虫、茶细蛾、茶蚕的性信息素配方，已经研发出灰茶尺蠖、茶尺蠖、茶毛虫、茶细蛾、茶蚕等茶树害虫系列化性诱剂，引诱效果是市场同类产品的4 ~ 264倍。性诱技术已经在全国茶园全面推广，效果非常好。同时，还研发了天敌友好型杀虫灯、数字化诱虫板。经过多年的探索和研究，陈宗懋院士团队在茶叶农药残留领域取得新突破，创立了农药最大残留限量制定规范的新理论，揭示了干茶和茶汤中风险物质的含量差异，首创以茶汤中农药残留作为“有效风险量”的理念；构建了“半衰期、蒸汽压、水溶解度、ADI、LD50、鱼和蜜蜂毒性”多因子茶园农药安全评价和选用技术，筛选出水溶性农药的替代产品，解决了产前茶园的选药问题；揭示了茶叶外源污染物的发生和转移规律，创建了污染物的源解析和管控模式等。为此，该系列研究成果于2019年获得国家科技进步二等奖。
我国茶产业的最大魅力是全产业链，茶叶不但要有好的品种和栽培技术，还要有技艺精湛的制茶大师，制茶大师成功的关键在于制茶理论的突破，然后才有加工技术与装备的创新。在茶叶加工领域，近年来，中国科学家借助现代分析手段和分子生物学的融合，取得了一系列新的突破。
系统探明了六大茶类加工工艺对茶叶香气等风味物质变化的影响。以具有明显兰花香的安铁观音、太平猴魁、舒城小兰花为研究对象，发现蕙兰的花香与茶叶的兰花香最为接近，运用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）和香气提取物稀释分析（AEDA）发现顺式茉莉酸甲酯（epiMeJA）是对蕙兰香和兰花香起主要贡献的化合物，揭示了茶叶中兰花香及其分子感官基础。揭示了高温烘焙过程中茶氨酸转化成香气成分的途径；鉴定出了栗香绿茶、龙井茶等代表性绿茶、世界四大高香红茶、不同花色白茶及不同品种闽北乌龙茶中的 2-戊基呋喃、反式β-紫罗兰酮、水杨酸甲酯、反式2-壬烯醛等关键嗅感化合物。构建了茶叶香气指纹图谱及茶叶香气判别模型，以茶叶香气全组分为指标，建立了浙江龙井茶的 HS-SPME/GC×GC-TOFMS 香气指纹图谱，以手性萜类化合物为指标，构建了浙江龙井茶的三维指纹图谱、红茶产地判别模型、茶叶手性指纹数据库和白茶年份预测模型。
（2）茯砖茶加工过程中关键香气成分及其变化研究取得新进展
研究发现，加工过程中茯砖茶原料中的 “青气”逐渐降低，“花香”“菌花香”“木香”“薄荷香”逐渐升高，特征性香气不断形成。“青气”属性的成分主要有：1-辛烯-3-醇、苯乙醇、香叶醇、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-壬烯醛、庚醛、己醛等，“花香”和“菌花香”属性的成分主要有：芳樟醇、苯乙酮、水杨酸甲酯，“木香”属性的成分主要有雪松醇。在茯砖茶加工过程中真菌群落对挥发性成分的影响与贡献大于细菌群落，引起挥发性成分变化的核心菌群主要有曲霉属（Aspergillus）、假丝酵母属（Candida）、德巴利酵母属（Debaryomyces）、青霉属（Penicillium），以及未分类的散囊目真菌（Unclassified Saccharo⁃mycetales）。
（3）黑茶中普洱茶素（Puerins）等品质与功能新成分的发现
从茯砖茶中分离出多个黄烷-3-醇衍生物，主要为黄烷-3-醇B环裂解产物，在湖南黑茶、六堡茶、日本微生物发酵茶中也发现了黄烷-3-醇B环裂解产物。在茯砖茶、普洱茶中还发现了一些结构新颖的黄酮类化合物，这些化合物在成熟叶片加工的茶叶中含量较高，在细嫩的茶叶中含量较低，但在白茶中含量相对较高，尤其在寿眉、贡眉中的含量比较高。这些黄酮类化合物的发现，为茶叶发挥降脂降糖、预防阿尔茨海默症等作用提供了新的物质基础。
研究发现，黑茶在微生物的作用下会释放出一系列的酚酸类物质，目前已从茯砖茶、普洱茶和千两茶中发现了多个酚酸类化合物。有机酸的积累不仅能使黑茶口感顺滑，而且能增强黑茶的部分健康属性。还从茯砖茶中分离到一大批绿茶、红茶中没有或者含量很低的新的萜类化合物。日本研究者也同时从日本微生物发酵茶Awa-bancha中分离得到了部分新的萜类化合物。
另外，从普洱茶、千两茶中还分离鉴定了除咖啡碱、可可碱、茶碱之外的非嘌呤类生物碱。这一系列新物质的发现，为黑茶品质的改善和辅助人体神经系统功能发挥提供了可能。
责任编辑：千鹤茶苗